提高光栅莫尔条纹CCD采集质量的噪声处理

为提高CCD采集的光栅莫尔条纹信号质量,采用相关双采样法对CCD采集的莫尔条纹信号进行噪声处理,通过对相关双采样原理进行建模和仿真,验证了此方法在噪声相关程度越大的情况下,对噪声的抑制越好.采用一款内部带有相关双采样电路的AD转换器对CCD输出信号进行采集,使用FPGA产生CCD驱动时序、AD驱动时序和配置时序.使用Verilog HDL语言和Quartus Ⅱ软件进行时序程序编写和仿真,仿真结果表明了设计的正确性,因此相关双采样去噪法可以应用在莫尔条纹的采集系统中以提高莫尔条纹的信号质量.     

基于可交换带通滤波器的CDS新方法

众所周知,随着CCD的不断发展,应用场合的逐渐扩大,噪声已经成为CCD进一步发展的障碍。噪声是CCD的重要参数,它是决定信噪比的主要因素之一。课题针对现有相关双采样技术的局限性,提出了一种新的双采样形式,这就是基于可交换带通滤波器的CDS新方法。对于这种方法,从白噪声和1/f噪声两个方面进行了探讨。为进一步验证这种新方法的特点,课题对此建立了数学模型并进行了仿真,这种模型充分考虑到了采样时刻信号的动态特性,较之其它方法更具实际意义。课题寻求了一种抑制CCD输出噪声的新方法,这种方法较之现存的相关双采样技术具有稳定性高、制作成本低、便于与A/D转换器连接等优点。这是对抑制CCD的输出噪声进行的一次有益尝试,将对提高CCD输出信号的信噪比起到积极的促进作用。     

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路.应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器自己开发的科学级CCD 相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高.通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB.     

CCD图像传感器降噪技术的研究

根据CCD输出噪声的特点,CCD视频处理电路的目的是消除KTC噪声,抑制低频噪声和宽带白噪声.文中分析了三种抑制噪声的方法,相关双采样法、双斜积分法、开关指数滤波法.这三种方法都是在一象素周期内进行前后两次采样(或积分),系统的输出为两次采样之差,从而获得视频信号.文中不仅介绍它们的工作原理、推导噪声传输函数,而且详细分析各自的特性.最后对实际高频应用中最适合的相关双采样法进行细致分析.     

基于CPLD的线阵CCD驱动电路的设计

针对传统CCD驱动电路存在的不足,尤其是当驱动电路工作在较高频率时易产生严重干扰,系统工作不稳定,我提出了一种线阵CCD驱动电路的设计方案,该方案运用CPLD技术来设计产生ILX526A图像传感器的驱动时序.采用MAXPLUSⅡ开发系统,运用硬件描述语言VHDL对CPLD进行编程,然后进行仿真,并进行了实验的研究.仿真和试验结果表明,该驱动电路具有通用性,对程序稍作修改,就可以实现其他型号的CCD驱动电路的设计,因此该方案对CCD驱动电路的设计具有相当重要的参考价值.     

CCD像素响应不均匀性的校正方法

从理论上分析了CCD暗电流和光电响应不均匀性产生的原因,根据光电响应模型提出了CCD像素光电响应不均匀性的校正方法,给出了像素光电响应不均匀性的校正系数用以计算校正量;并针对实际情况中干扰光的影响,提出了采用变波长去除干扰方法,对校正方法进行了修正;最后通过仿真对算法进行了验证.结果表明,能量和噪声的不同对算法的影响不大,校正量是随着光信号能量分布变化的,标定过程不受信号的影响,具有自适应性.该校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性带来的图像噪声.     

帧转移型面阵CCD驱动电路的设计

本文采用帧转移型面阵CCD FT18作为传感器件,设计了一种高帧频大面阵CCD的驱动电路。这种高速驱动电路能够保证在跟踪视频不变的情况下增加成像系统的视场角,满足了大视场搜索目标的要求。本文在介绍面阵CCD FT18的结构和特点的基础上,完成了FT18的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比。系统在设计完后进行了辐射定标,从定标实验数据可以看出CCD响应度为线性,验证了驱动电路工作正常。整个系统采用现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率。     

CCD的Binning技术在光信号测量中的应用研究

为了降低CCD噪声,提高信噪比,根据噪声的特性,提出用CCD的Binning技术用于噪声的抑制。理论上推导了水平Binning和垂直Binning两种情况下信噪比提高的公式。利用MATLAB语言编程对垂直Binning的几种情况进行仿真,仿真结果表明,Binning可以有效提高信噪比,信噪比提高的理论值和计算值基本相符,对Binning可能带来的电荷饱和也进行了讨论。     

应用小波神经网络处理CCD图像噪声

提出了一种用于数字图像中CCD噪声处理的小波神经网络滤波器.分析了CCD噪声模型,找出了导致CCD噪声模型复杂的原因:CCD相机响应功能的非线性.在对自适应噪声平滑(ANS)滤波器分析的基础上,考虑了影响滤波效果的两大问题:滤波窗口和图像强度.将小波神经网络非线性逼近CCD噪声曲线,按照噪声参数对图像进行区域划分并分配相应的权值.然后,结合相应的非线性滤波器进行针对性滤波,综合输出.实验结果表明:本文改进的滤波器滤波效果明显,信噪比得到进一步提高(24.65).利用小波神经网络良好的非线性函数逼近性,结合ANS滤波器,构造出了小波神经网络非线性ANS(WNN-NANS)滤波器,该滤波器在去除噪声的同时很好地保留了边缘细节,同时提高了信噪比.     

小波神经网络在CCD图像噪声处理中的应用

目的：CCD相机响应功能的非线性,导致了CCD噪声模型的复杂性,使得滤波效果不佳,本文提出一种针对于数字图像中CCD噪声的小波神经网络滤波器。方法：首先,分析CCD噪声模型,找出导致CCD噪声模型复杂的原因——CCD相机响应功能（camera response function简称CRF）的非线性;接着,在对ANS滤波器分析的基础上,针对影响滤波效果的两大问题：滤波窗口和图像强度,将小波神经网络非线性逼近CCD噪声曲线,按照噪声参数对图像进行区域划分并分配相应的权值,然后结合相应的非线性滤波器进行针对性滤波,最后综合输出。结果：实验结果表明：本文改进的滤波器滤波效果明显,信噪比得到进一步提高（24.65）。结论：利用神经网络良好的非线性函数逼近性,将其结合ANS滤波器构造出神经网络非线性ANS滤波器（NN-NANS filter）,试验结果表明,该滤波器在去除噪声的同时边缘细节也得到了很好的保留,同时提高了信噪比。     

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。     

振动式微机械陀螺的等效电学模型

根据振动式微机械陀螺的工作原理,建立了其机械特性的等效电路模型。陀螺差分检测电容模型和振动的等效电路模型构成了陀螺的等效电学模型,该模拟模型组合了传感器的机械特性和电学特性。陀螺等效电学模型通过电路模拟工具PSPICE实现,可用于分析陀螺的振动特性、对角速度的频响特性,优化陀螺的工作方式;还可以与接口电路混合模拟,分析陀螺和检测电路的整体性能,优化检测电路的设计。     

基于电路模型的复合材料多钉连接载荷分配新方法

提出了一种新的计算复合材料多钉连接载荷分配方法,即将电路模型应用到复合材料多钉连接结构载荷分配估算中,多钉连接结构中的载荷、柔度和变形分别等效于电路模型的电流、电阻和电压。在新模型中材料的胡克定律转化为电学中的欧姆定律,变形协调方程等效于电学中的电压平衡方程。该方法使复杂的多钉连接模型变成了一些由简单的串联和并联电路组成的简单模型。对n排单列连接结构的电路模型进行分析,总能找到n-1个独立的闭环电压平衡方程和一个电流平衡方程,联立这n个方程就能够计算出各个钉上的电流大小,也就是相应的载荷值。在某些支路上添加恰当的电源,还可以模拟复合材料多钉连接结构的间隙或者过盈量。通过与试验结果对比,发现该方法能较好的预测出复合材料多钉连接载荷分配。     

光谱成像仪CCD组件的稳态/瞬态热分析与验证

针对光谱成像仪CCD器件温度过高产生的热噪声和暗电流会导致成像质量下降,对CCD组件进行了稳态/瞬态热分析。采用有限元数值分析方法,建立了CCD组件传热的数值模型。根据CCD组件的结构特点和导热路径,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG建立了有限元热分析模型,在给定温度边界条件下对CCD组件进行了稳态和瞬态仿真分析。给出了CCD组件的热响应性能、组件中关键部件的稳态温度分布云图以及随时间变化的瞬态温度曲线。稳态分析结果表明,CCD器件工作过程中的平均温度水平为27.1℃;瞬态分析结果表明CCD器件在工作时的升温速率为2.5℃/min,最高温度为37.8℃。验证试验结果与数值分析结果吻合较好,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。稳态试验过程中CCD器件的温度为26.8℃,瞬态试验过程中温升速率为2.4℃/min。所获得的稳态和瞬态分析结果能够满足热控指标要求,为提高CCD组件的可靠性和热设计优化提供了理论依据。     

线阵CCD光谱采集系统的自适应滤波降噪

为了便于对微型线阵CCD光谱采集系统采集的光谱数据进行分析,需要对光谱数据采集过程中出现的噪声进行降噪处理,以提高光谱数据的信噪比。首先,根据线阵CCD参数指标,设计了一种硬件降温结构,并用它对线阵CCD进行降温去噪。接着,根据递归最小二乘自适应滤波算法对采集好的水样品光谱数据进行去噪处理,然后和未去噪的水样品数据对比。实验表明,硬件电路降温去噪能够衰减线阵CCD上的暗电流噪声,使用递归最小二乘自适应滤波方法能够有效消减光谱采集系统中光谱数据的噪声。     

锁定放大微弱信号检测仿真与设计研究

为解决商用锁定放大器不便于特定应用背景下微弱信号检测系统的灵活扩展与剪裁,该文分析了正交锁定放大的基本原理,建立了正交锁定放大的MATLAB/SIMULINK数学模型,展示了锁定放大所能达到的性能以及数字信号处理对锁定放大性能的改善效果。给出了正交锁定放大检测装置的硬件设计过程,包括前端信号调理电路、移相电路、相敏检测电路、低通滤波电路、均方值电路及数字显示电路等。仿真表明,在高斯噪声影响下,微弱信号检测可以达到较高的检测精度,且通过滑动平均值滤波算法可以有效提高检测的精度。实验研究表明,在噪声信号峰峰值为10 V情况下,可以将50 m V的有用信号提取出来,且在50 m V以上可以拟合出较好的输入输出线性关系,便于检测装置的标定。     

高速CCD数字相机接口设计的VHDL逻辑综合的应用

运用VHDL语言完成了高速CCD数字相机接口设计的描述.整个接口电路由Lattice的1K系列CPLD构成.VHDL语言与CPLD的结合使用,使接口电路设计的灵活性大大增强,某些传统上由硬件电路实现的功能转变为软件参与实现,设计者能够在电路工作过程中对设计随时进行修改.给出了部分接口设计的VHDL源代码描述,通过逻辑综合优化了设计,实现了设计的时序仿真,分析了VHDL语言的可综合性问题,并对VHDL语言的逻辑综合中的一些问题做了探讨.     

Development of a miniature permanent magnetic circuit for nuclear magnetic resonance chip

The existing researches of miniature magnetic circuits focus on the single-sided permanent magnetic circuits and the Halbach permanent magnetic circuits. In the single-sided permanent magnetic circuits, the magnetic flux density is always very low in the work region. In the Halbach permanent magnetic circuits, there are always great difficulties in the manufacturing and assembly process. The static magnetic flux density required for nuclear magnetic resonance(NMR) chip is analyzed based on the signal noise ratio(SNR) calculation model, and then a miniature C-shaped permanent magnetic circuit is designed as the required magnetic flux density. Based on Kirchhoff’s law and magnetic flux refraction principle, the concept of a single shimming ring is proposed to improve the performance of the designed magnetic circuit. Using the finite element method, a comparative calculation is conducted. The calculation results demonstrate that the magnetic circuit improved with a single shimming has higher magnetic flux density and better magnetic field homogeneity than the one improved with no shimming ring or double shimming rings. The proposed magnetic circuit is manufactured and its experimental test platform is also built. The magnetic flux density measured in the work region is 0.7 T, which is well coincided with the theoretical design. The spatial variation of the magnetic field is within the range of the instrument error. At last, the temperature dependence of the magnetic flux density produced by the proposed magnetic circuit is investigated through both theoretical analysis and experimental study, and a linear functional model is obtained. The proposed research is crucial for solving the problem in the application of NMR-chip under different environmental temperatures.